Hydrophilic-Lipophilic-Difference (HLD) Guided Formulation of Oil Spill Dispersants with Biobased Surfactants Translated title: Hydrophil-Lipophil-Differenz (HLD)-gesteuerte Formulierung von Ölkatastrophen-Dispergiermitteln mit biobasierten Tensiden

Abstract

The large-scale use of dispersants during the BP Horizon spill revealed various risks associated with these formulations, particularly the use of volatile organic compound (VOC) solvents linked to respiratory illnesses, and the poor biodegradability of surfactants. Previous attempts at solving these issues involved formulations of lecithin and polyethylene glycol ester of sorbitan monooleate (Tween ^® 80) that still required the use of a volatile solvent, ethanol. In this work, the Hydrophilic-Lipophilic Difference (HLD) framework was used to develop a lecithin formulation containing food-grade lipophilic (Glycerol MonoOleate – GMO- and sorbitan monooleate – Span ^® 80) and hydrophilic (polyglycerol caprylate) linkers in combination with a nonvolatile and mineral oil solvent with food additive status. The HLD parameters for lecithin, linkers, and oils were used to determine the lecithin-linker formulas that yielded HLD ∼0 (the surfactant phase inversion point), reaching interfacial tensions of 10 ⁻² mN/m, and high emulsification effectiveness with diluted bitumen. This effectiveness was close to that obtained with a simulated dispersant, and superior to the lecithin-Tween ^® 80-ethanol formula. The lecithin-linker system produced 4–11 μm emulsified drops, sufficiently small to enhance the biodegradability of the dispersion.

Kurzfassung

Die Verwendung von Dispergiermitteln in großem Maßstab während der BP–Horizon-Öl-Katastrophe zeigte verschiedene Risiken, die mit diesen Formulierungen verbunden waren, insbesondere die Verwendung von Lösungsmitteln mit flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) im Zusammenhang mit Atemwegserkrankungen und der schlechten biologischen Abbaubarkeit von Tensiden. Frühere Versuche, diese Probleme zu lösen, bestanden in Formulierungen aus Lecithin und Polyethylenglykol-Sorbitanmonooleaten (Tween ^® 80), die immer noch die Verwendung eines flüchtigen Lösungsmittels, Ethanol, erforderten. In dieser Arbeit wurde das HLD-System (Hydrophilic-Lipophilic Difference) verwendet, um eine Lecithinformulierung zu entwickeln, die lebensmitteltaugliche, lipophile (Glycerinmonooleat (GMO) – und Sorbitanmonooleat (Span ^® 80)) und hydrophile (Polyglycerylcaprylat) Binder (Linker) in Kombination mit einem nichtflüchtigen und mineralölhaltigen, als Lebensmittelzusatzstoff zu verwendendes Lösungsmittel enthält. Die HLD-Parameter für Lecithin, dem Linker und die Öle wurden verwendet, um die Lecithin-Linker-Formulierungen zu ermitteln, die einen HLD∼0 (den Inversionspunkt der Tensidphase), eine Grenzflächenspannungen von 10 ⁻² mN/m und eine hohe Emulgierwirkung mit verdünntem Bitumen erreichten. Diese Wirksamkeit war fast so hoch wie die, die mit einem simulierten Dispergiermittel erzielt wurde, und war der der Lecithin-Tween ^® 80-Ethanol-Formulierung überlegen. Die Tröpfchengröße im Lecithin-Linker-System betrug 4–11 μm. Die Tröpfen waren ausreichend klein, um die biologische Abbaubarkeit der Dispersion zu verbessern.